传感器与检测电路设计任务1.4 典型放大电路设计与测试
传感器与检测电路设计项目化教程 第2版-电子课件- 测温仪放大与调零电路设计与测试
3 电路仿真测试
电路调试
调试步骤：
➢ 零点漂移调节
将输入端C、D短接，将放大倍数调节电位器RP2调到中间位置（50%位置），调节调零电位
器RP3，使电路输出电压Uo为零，之后拆除C、D之间的短接线。
3 电路仿真测试
电路调试
调试步骤：
➢满度调节
在输入端C、D之间接入18.8mV电压信号（表示温度为100℃），将放大倍数调节电位器RP2
恒压源
被测
温度
0 ~ 100℃
传感器及
接口电路
0~18.8mV
放大与
调零电路
0~5V
2 放大电路设计
放大电路级数
0~18.8mV
总放大倍数：
放大与
调零电路
0~5V
5
=
≈ 266
18.8
2 放大电路设计
放大电路级数
直流放大电路单级放大倍数100倍左右，总放大倍数266，宜采用两级放大电路来实现。
R9取10kΩ，则R10+RP3=13.3×R9 =133kΩ
R10选120kΩ电阻。
RP3选20kΩ或50k Ω 可调电阻。
2 放大电路设计
调零电路设计
R6=20R5
=
10 +3
9
= 13.3
直流放大存在零点漂移，影响测量精度，电路通过RP4、R12和R13进行调零。
RP4选10kΩ~100kΩ的可调电阻，电阻R12为R13的百分之一，R12选1kΩ， R13选100kΩ 。
2 放大电路设计
集成运放U1可以选UA741、OP07等通用集成运算放大器，也可以选LM358双运放芯片。
3 电路仿真测试
仿真电路设计
传感器的放大电路设计性实验
实验五传感器的放大电路设计性实验一、实验目的：掌握传感器放大电路原理、特点与电路形式。
了解放大电路形式及特点与功能、应用传感器和测量电路进行工程控制和过程检测。
二、实验设备和器材：1、数字万用表（4 1/2位）、2、直流稳压电源。
3、所需材料：选择一种常用传感器，一只仪表放大器，一只调零电位器，各种规格电阻若干，面包板，导线。
三、实验步骤：1、确定放大那种传感器：本次选择实验一所用的力传感器。
2、选择放大器件：有实验一的数据可以知道在力传感器中输出电压的范围在0~25mv 以内，要将其放大到0~5V。
故电路要放大200倍左右。
在这里选用TL084作为放大电路的核心器件-----放大器。
3、设计的电路图如图一。
在图上还有部分电路没有显示出来。
是电源的供电电源在连接到电路中得时候都加了一个比较小的点解电容跟跟滤波电容，这样做的目的是为了使供电电源更加稳定、由于在小信号的放大中如果电源电压不稳定则会引起输出的极度不稳定。
图一如图一所示电阻R5与R3、R4、R2构成放大，在这里设计放大能达到167~333倍。
能满足将实验一的数据放大到0~5V。
最后的电容C5、C6作为输出的滤波，这样做的目的是为了使输出电压更加处于平稳是后面电路的采集与测试提供比较好的基础。
由于本次放大电路并不是给采样芯片去采集电压大小，就不需要将输出电压控制在一定的范围。
级在前级输入不正常的情况下其输出可能位电源供电电源（±12V），如果在输出端是用AD芯片采样的话则在输出要加上合适的稳压二极管，这样便能将电压控制在合理的范围。
这样有利于对AD芯片的保护。
4、实验数据的测试5、通过4的数据可以发现设计的电路基本完成了设计的性能指标。
四、实验总结通过本次实验我更加熟悉了能对放大电路的设计与测量。
并且对小信号放大的设计中要注意的事项有了更加深刻的理解。
总之通过本次实验我学到了不少宝贵的东西。
传感器设计与测试课程设计
传感器设计与测试课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解传感器的定义、分类和工作原理，掌握不同传感器在工程实践中的应用。
2. 学生能掌握传感器设计与测试的基本步骤，了解传感器性能参数及其影响。
3. 学生能了解传感器在智能化系统中的重要作用，理解传感器技术的发展趋势。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识设计简单的传感器电路，进行传感器测试实验，并分析测试数据。
2. 学生能够运用传感器解决实际问题，提高创新能力和动手操作能力。
3. 学生能够通过团队合作，进行传感器设计与测试的实践活动，提高沟通与协作能力。
情感态度价值观目标：1. 学生能够培养对传感器技术研究的兴趣，提高科学探究精神。
2. 学生能够认识到传感器技术在现实生活中的广泛应用，增强技术改变生活的意识。
3. 学生能够树立正确的价值观，关注传感器技术的发展对环境和社会的影响，培养责任感和使命感。
课程性质：本课程为高二年级物理选修课程，旨在通过传感器设计与测试的实践活动，提高学生对物理知识的实际应用能力。
学生特点：高二年级学生对物理知识有一定的了解，具备基本的电路知识和实验操作能力，对新技术感兴趣，喜欢动手实践。
教学要求：结合学生特点和课程性质，课程目标应注重理论与实践相结合，强调学生的动手实践能力和创新能力。
通过分解课程目标为具体的学习成果，使学生在实践中掌握知识，提高技能，培养情感态度价值观。
后续教学设计和评估将围绕这些具体学习成果展开。
二、教学内容1. 传感器基础知识- 传感器的定义、分类和工作原理- 传感器性能参数及其影响- 传感器在智能化系统中的应用2. 传感器设计与测试方法- 传感器设计与测试的基本步骤- 传感器电路的设计与搭建- 测试数据的采集、处理与分析3. 实践操作与案例分析- 设计简单的传感器电路，如温度传感器、光敏传感器等- 进行传感器测试实验，分析实验数据- 分析实际案例，了解传感器技术在生活中的应用4. 传感器技术发展趋势与前景- 传感器技术的发展趋势- 新型传感器及其应用领域- 传感器技术在环境保护、智能制造等方面的作用教材章节关联：本教学内容与教材中“传感器及其应用”章节相关。
(完整版)传感器技术检测毕业课程设计
吉林建筑工程学院电气与电子信息工程学院《传感器及检测技术》课程设计任务书设计题目：超声波测距系统设计专业班级：学生姓名：学号：指导教师：设计时间：2010.12.20－2010.12.31目录一、课程设计目的 (2)二、课程设计题目 (2)三、课程设计内容及要求 (2)1、设计内容 (2)2、设计要求 (2)四、传感器工作原理 (2)五、系统框图 (3)六、单元电路设计原理 (4)1、LED显示电路与键盘控制电路设计 (4)2、超声波发射电路设计 (5)3、超声波接收电路设计 (7)4 、串口通信与蜂鸣器电路设计 (8)七、软件设计与系统调试 (9)1、主程序流程图 (10)1.1发射程序与接收流程图 (10)1.2 中断子程序及流程图 (11)1.3 距离计算与显示子程序 (12)八、设计中的问题及解决方法 (13)九、总结 (13)十、完整的电路图（附录一） (14)十一、参考文献 (15)一、课程设计目的通过《传感器及检测技术》课程设计，掌握传感器及检测系统设计的方法和设计原则及相应的硬件调试的方法。
进一步理解传感器及检测系统的设计和应用。
二、课程设计题目超声波测距系统设计三、课程设计内容及要求1、设计内容采用40KHz的超声波发射和接收传感器测量距离。
可采用发射和接收之间的距离，也可将发射和接收平行放在一起，通过反射测量距离。
功能：1）LED数码管显示测量距离，精确到小数点后一位（单位：cm）。
2）测量范围：30cm～200cm，3）误差＜0.5cm。
4）其它。
2、设计要求1）掌握传感器的工作原理及相应的辅助电路设计方法。
2）独立设计原理图及相应的硬件电路。
3）设计说明书格式规范，层次合理，重点突出。
并附上详细的原理图四、传感器工作原理超声波发生器内部结构有两个压电晶片和一个共振板。
当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。
传感器与检测电路设计项目化教程 第2版-电子课件-典型放大电路设计与测试
1 反相放大电路基本电路
电路参数
输出电压与输入电压的关系：
虚短 u+=u虚断 i+=i-=0
虚断 i+=i-=0
KCL i1=i2+i-
− = + = 0 （反相端为虚地点）
1 = 2
=−
1
2
电压放大倍数（电压增益）：
输入阻抗：
i2
i1
u - iu+
= −
2
实际运算放大器：前置级的差动放大器并不一定完全对称，当输入电压为
零时，电路输出电压不为零，该电压大小随着温度变化而变化，且在零点附
近，这种现象为零点漂移。
2 零点漂移的影响因素
输入失调电压
实际运算放大器：前置级的差动放大器
并不一定完全对称，当输入电压为零时，电
路输出电压不为零，必须在输入端加上一直
能地相等。一般取R1＝R2。
➢ 选R2>>R3、 R2>> R4，同相放大电路的增益公
式： = 1 +
3
4
4 同相放大器典型电路
电压跟随器
➢ 电压增益：1
➢ R1、R2：平衡电阻，一般R1=R2，减
小零点漂移。（若对零点漂移没要求
可不用）
4 同相放大器典型电路
电压跟随器仿真
5 同相放大器设计与测试
3 零点漂移消除方法
同相调整法
把调整电压加至同相输入端进行零点调整的，
调整电压ua为电位器调节电压U被R4、R5分压后在
R5上分到的电压，所以ua为：
5
4 =
×
4 + 5
若调整范围ua在10mV以内，则可取
传感器课程设计任务书及指导书
传感器课程设计任务书及指导书上海交通大学精密仪器教研室二零一二年十月重要时间节点：第1周第一次课，设计题目讲解，学生选题；第3周最后一次课前，完成电路原理图设计。
目录第一章总论 (3)1-1 《传感器》课程设计的目的 (3)1-2 《传感器》课程设计的内容 (3)1-3 设计时应注意的事项 (3)1-4 设计题目 (4)第二章电阻应变式传感器 (5)2-1 电阻应变式称重传感器原理 (5)2-2 设计用传感器介绍 (6)2-3 任务与要求 (7)第三章差动螺管式电感位移传感器 (8)3-1 电感式位移传感器测量原理 (8)3-2 传感器测量测头 (8)3-3 任务与要求 (9)第四章差动变压器式位移传感器 (10)4-1 差动变压器式位移传感器工作原理 (10)4-2 设计用传感器介绍 (11)4-3 任务与要求 (12)第五章压电式测速传感器 (13)5-1 压电式力传感器工作原理 (13)5-2 设计用传感器介绍 (14)5-3 任务与要求 (15)第六章光电编码器 (16)6-1 光电编码器 (16)6-2 设计用传感器介绍 (17)6-3 任务与要求 (21)第七章光栅位移传感器 (22)7-1 光栅位移传感器工作原理 (22)7-2 设计用传感器介绍 (233)7-3 任务与要求 (29)第一章总论1-1《传感器》课程设计的目的《传感器》课程设计是《传感器》课程的一个重要教学环节，通过这个教学环节要求达到下列几个目的：1．通过课程设计，把在《传感器》及其他有关先修课程《机械制图、精密仪器设计、电工理论基础、模拟电路、数字电路、单片机等》中所获得的知识在传感器设计、装配、调试中综合加以运用，使这些知识得到巩固，并使理论知识与实践相结合，培养工程实践及科学研究的基本技能；2．通过课程设计，加强同学对几种传感器原理的感性认识，加深对课堂的理解，增强动手能力；3．通过这个设计初步培养同学对传感器设计的独立工作能力和分析问题、解决问题的能力。
传感器技术与检测课程设计
传感器技术与检测课程设计概述本课程设计旨在帮助学生理解传感器技术的基本原理，并且实践中获得设计和构建简单传感器系统的技能。
通过该课程设计的学习，有可以掌握以下几方面的技能：•掌握传感器信号处理的基本流程和算法•熟悉传感器输出信号的特点和处理方法•学习传感器与数据采集卡接口的方法和技巧教学目标本课程设计旨在帮助学生掌握以下一些能力：•掌握传感器信号放大、滤波、采样和转换的方法和技巧•理解常见传感器元器件的基本原理和特点•实践中熟悉传感器系统构建的常用方法和技术教学内容下面将介绍传感器技术与检测课程设计的具体内容和步骤。
步骤1：选定传感器类型首先，学生需要选择自己感兴趣的传感器类型，例如温度传感器、压力传感器、光电传感器等。
选择传感器类型时，需要考虑以下几个方面：•传感器输出信号类型：数字信号还是模拟信号•输出信号范围：电压、电流、频率等•精度和灵敏度：是否达到应用需求•是否需要额外的电源步骤2：选定数据采集卡接着，学生需要根据选定的传感器类型选择合适的数据采集卡。
数据采集卡的选择需要考虑以下几个因素：•数据采集卡的输入通道数是否能够满足传感器的需求•数据采集卡的采样率是否足够高•数据采集卡的分辨率是否足够高•数据采集卡是否能够提供稳定的电源供应步骤3：设计电路连接接下来，学生需要设计传感器与数据采集卡的连接电路。
电路连接需要考虑以下几个方面：•根据传感器输出信号特点选择放大、滤波和降噪电路•设计传感器信号转换电路，将模拟信号转换为数字信号•在电路中增加保护电路，避免误操作或灾难性故障步骤4：编写驱动程序传感器和数据采集卡的连接完成后，学生需要编写驱动程序来获取传感器数据。
驱动程序的编写需要完成以下几个步骤：•设置数据采集卡的采样率和分辨率•设计数据读取算法，将数据从数据采集卡读取到计算机中•完成数据的存储、处理和显示步骤5：测试调试完成所有的设计和编写后，学生需要进行系统测试和调试。
测试和调试的过程需要完成以下几个步骤：•测试传感器输出信号特点是否符合预期•测试数据采集卡和计算机的连接是否正常•调整电路参数以保证传感器性能指标能够满足要求•对驱动程序进行测试，确保程序可以正常运行结语传感器技术与检测课程设计的目的不仅是教会学生掌握传感器的基本原理和应用技能，更重要的是培养学生的实践能力和创新能力。
传感器与自动检测技术课程设计
传感器与自动检测技术课程设计一、课程设计目的本课程设计着眼于培养学生的传感器技术及自动检测技术的应用能力，通过课程设计，学生将学会传感器的基本原理及其在自动检测领域中的应用，同时能运用相应的软件和硬件开发平台进行课程设计。
二、课程设计基础在本课程设计中，学生需要掌握基本的模拟电路、数字电路、C语言编程及微机原理等方面的知识。
通过前置课程学习，学生具有一定的电路分析及硬件调试经验，能够独立完成简单电路的设计和搭建。
三、课程设计内容3.1 传感器及自动检测技术介绍通过本章学习，学生能具有一定的传感器概念并能了解传感器的基本构造、原理、种类等相关内容，同时对自动检测技术有一定的认识，并且对自动检测技术中的传感器应用进行了解。
3.2 基本电路构建与仿真该章的学习目的是让学生掌握如何进行基本电路的构建及仿真，包括单一电阻、二极管、晶体管、运算放大器等常用的电路，同时了解不同电路之间的联系和构建方法。
3.3 信号处理在学习完基本的电路构建和仿真之后，本章让学生掌握如何对传感器采集的数据进行信号处理，包括滤波、放大、数字化等处理方法。
学习过程中需要学生掌握不同的信号处理方法的原理以及相应的应用场景。
3.4 传感器应用与实践学习完基本的传感器构造、原理、信号处理后，学生需要对传感器的应用进行实践，主要包括对温度、湿度、光强度等一些常见的参数进行采集、处理、显示等操作。
3.5 课程设计总结在课程结束时，学生需要撰写一篇技术报告来总结本次课程设计的学习成果，报告需要包括本次课程设计的目的、内容、难点、解决方案等相关内容。
学生需要运用Markdown文本格式来撰写技术报告。
四、课程设计考核本次课程设计考核主要包括两个部分：4.1 设计方案及过程报告学生需要提交本次课程设计的设计方案及过程报告，包括选题背景、设计目的、方案设计、实验结果及分析、成果验证、实验参数及数据记录，以及对实验结果的分析与总结等内容。
4.2 课程设计评分针对本次课程设计，考核分为实验报告及现场答辩两个环节，实验报告占60分，现场答辩占40分。
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6 差动放大器典型电路
基本电路结构
依据叠加原理，使ui1、ui2单独作用后，uo相加即可 得到输出电压uo 。
up
工程上为了减少元器件种类和提高工艺性，一般取R1＝R3， R2＝R4，此时该电路对两输入端信号的差值进行放大。
6 差动放大器测试
电路测试
若R1=R3=10kΩ，若R2=R4=100kΩ， ui1=1V， ui2=1.2V，求输出电压uo.
2 零点漂移的影响因素
输入失调电压
实际运算放大器：前置级的差动放大器 并不一定完全对称，当输入电压为零时，电 路输出电压不为零，必须在输入端加上一直
流电压uos后输出才为零，这一外加的直流电 压便称为输入失调电压uos。
uos引起的输出失调电压为：
（反相端为虚地点）
电压放大倍数（电压增益）： 输入阻抗：
i2
i1
u- i-
u+ i+
1 反相放大电路基本电路
电路特点
优点：性能稳定 缺点：输入阻抗比较低，但一般能够满足大多数 场合的要求，因而在电路中应用较多。
2 反相放大电路设计与测试
放大电路设计实例
设计一反相放大电路，输入电阻为10K、放大倍数为100倍的放大电路。
峰峰值占 4.4格
输出信号
输出信号：
峰峰值占4.4格 每格电压0.5V
uP-P=2.2V
每格电压 50mV
每格电压 0.5V
4 同相放大器典型电路
电路特性
输出电压与输入电压的关系：
虚断 i+=i-=0 虚短 u+=u虚断 i+=i-=0 KCL i2=i1+i-
电压放大倍数（电压增益）：
输入阻抗：
解：
6 差动放大器测试
电路仿真
目录
1
集成运算放大器
2
典型放大电路设计与仿真
3
运算放大器的误差及其补偿
1 零点漂移概念
零点漂移测试
2 零点漂移概念
零点漂移
理想运算放大器：输入电压为零，输出电压也必然为零。 实际运算放大器：前置级的差动放大器并不一定完全对称，当输入电压为 零时，电路输出电压不为零，该电压大小随着温度变化而变化，且在零点附 近，这种现象为零点漂移。
运算放大器的误差及其补偿
1 反相放大电路基本电路
基本电路结构
结构特点
被放大信号（输入信号）从反相输入端输入； 输出信号从输出端输出。
电路构成负反馈（输出端通过电阻连到反相输 入端）
同相输入端通过电阻接地（也可直接接地）。
1 反相放大电路基本电路
电路特性
输入信号
输入信号： 峰峰值占4格 每格电压50mV uP-P=200mV
目录
1
集成运算放大器
2
典型放大电路设计与仿真
3
运算放大器的误差及其补偿
1 集成运算放大器
集成运算放大器符号
新国标符号
同相输入端 反相输入端
输出端
旧国标符号
同相输入端 反相输入端
输出端
1 集成运算放大器
常用运算放大器芯片
UA741
OP07
LM358
ห้องสมุดไป่ตู้
LM324
TL082
NE5532
AD603
AD823
基本电路结构
结构特点
被放大信号（输入信号）从同相输入端输入； 放大后信号从输出端输出。
电路构成负反馈（输出端通过电阻连到反相输 入端）
4 同相放大器典型电路
电路特性
输入信号
输入信号： 峰峰值占4格 每格电压50mV uP-P=200mV
峰峰值 占4格
电路具有电压放大作用； 输出信号与输入信号同相位。
参数处理
R2采用固定电阻和可调电阻串联来代替，固定电阻 一般取理论值的90%，可调电阻取理论值的20%。
R2可选910kΩ的固定电阻和200kΩ可调电阻串联实 现。
放大倍数理论范围：91～111。
3 反相放大电路设计与测试
电路仿真
最小放大倍数约91
最大放大倍数约110
4 同相放大器典型电路
设计分析
电路如右图所示，根据题意选择合适的元器即可。
5 同相放大器设计与测试
设计步骤
5 同相放大电路设计与测试
仿真结果
6 差动放大器典型电路
基本电路结构
结构特点
被放大信号（输入信号）从同相输入端、反相 输入端输入；放大后信号从输出端输出。
电路构成电压负反馈（输出电压通过电阻连到 反相输入端）
检测电路设计与制作课程
集成运放典型放大电路 设计与仿真
1 测量放大器
测量放大器
在测量控制系统中，用来放大传感器输出的微弱电压、电流或电荷信号的电路称为测量 放大电路，亦称仪用放大电路。
测量放大器的基本要求
测量放大电路的输入阻抗应与传感器输出阻抗相匹配； 稳定的放大倍数； 低噪声； 低的输入失调电压和输入失调电流，以及低的漂移； 足够的带宽和转换速率（无畸变地放大瞬态信号）； 高共模输入范围（如达几百伏）和高共模抑制比； 可调的闭环增益； 线性好、精度高； 成本低。
设计分析
2 反相放大电路设计与测试
放大电路设计实例
设计一反相放大电路，输入电阻为10kΩ、放大倍数为100倍的放大电路。
设计步骤
2 反相放大电路设计与测试
仿真结果
放大倍数约为100。
2 反相放大电路设计与测试
实用反相放大电路
实际应用中，一方面电阻存在误差，实际应用中放大倍数与计算值有偏差，另一方面要求 测量放大电路的放大倍数可调，才能满足测量需求。
1 集成运算放大器
集成运放理想特性
序号 1 2 3 4 5
参数名称 差模增益 共模增益 输入阻抗 输出阻抗
带宽
理想特性 ∞ 0 ∞ 0
0～∞
实际特性 90～100dB以上
0dB以上 100kΩ～数兆欧 10Ω～数百欧 0～10Hz(或0～10kHz)
目录
1
集成运算放大器
2
典型放大电路设计与仿真
3
i2
i1
i-
uu+
i+
4 同相放大器典型电路
同相交流放大电路
4 同相放大器典型电路
电压跟随器
电压增益：1 R1、R2：平衡电阻，一般R1=R2，减
小零点漂移。（若对零点漂移没要求 可不用）
4 同相放大器典型电路
电压跟随器仿真
5 同相放大器设计与测试
放大电路设计实例
电阻应变片传感器检测电路输出直流电压为20mV，要求将该电压放大到1V，请设 计该放大电路。
峰峰值 占4格
电路具有电压放大作用； 输出信号与输入信号相位相反。
峰峰值 占4格
输出信号
输出信号：
峰峰值占4格 每格电压0.5V
uP-P=2V
每格电压 50mV
每格电压 0.5V
1 反相放大电路基本电路
电路参数
输出电压与输入电压的关系：
虚短 u+=u虚断 i+=i-=0 虚断 i+=i-=0 KCL i1=i2+i-